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Procédé pour le soudage électrique par résistance de tôles placées à recouvrement, en particulier de tôles d'acier éta-
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.------------------------------------"------------------- mées.
La présente invention est relative à un procédé pour le soudage électrique par résistance de tôles placées à re- 'couvrement, en particulier de tôles d'acier étamées, procédé dans lequel les deux extrémités de la tôle ou des tôles sont pliées et ensuite réunies l'une à l'autre à l'endroit des pli- ures ou coudures, à l'aide de deux électrodes de soudage ré- gnant sur toute la longueur du joint. Dans un procédé connu de cette nature, on cherche à obtenir une résistance accrue, en vue d'obtenir une chaleur concentrée, en courbant les bords des tôles, la disposition étant telle que les tôles se chevau- chent mutuellement sur une largeur importante, de sorte que les extrémités des tôles ne s'appuient l'une sur l'autre que
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par les arêtes des deux pliures.
Il s'ensuit que, dans ce procédé connu, il n'existe qu'un double contact linéaire, de sorte qu'une densité de courant extrêmement élevée se mani- feste aux arêtes des pliures, ce qui a pour résultat un ré- chauffement local très intense lors du passage du courant.
Or, cette chaleur de soudage, qui se manifeste aux arêtes, traverse la tôle lors du soudage de tôles étamées relative- ment fines, comme celles requises pour la confection de boî- tes à conserves, de sorte que, dans ce procédé de soudage connu, il se produit une évaporation de l'étain sur les fa- ces extérieures, opposées aux arêtes des courbures, des tô- les. Outre qu'il en résulte une détérioration des tôles au niveau du joint 'de soudure, l'étain ainsi évaporé se diffa- se dans les électrodes de soudage, de sorte que la résistan- ce de contact de ces électrodes, s'en trouve modifiée. Par conséquent, la résistance de contact varie ou devient irré- gulière. Il s'ensuit une brûlure de la matière soudée ou une soudure inadéquate.
Dans le procédé mentionné plus haut il se forme deux joints soudés. Or, il est dans ce cas très malaisé de former deux joints soudés solides et étanches, car il n'est pratiquement pas possible de faire en sorte que la pression exercée par les électrodes de soudage soit exactement la même aux deux arêtes des pliures. Il convient en outre de considérer que ces deux arêtes, qui sont formées par une opération de cisaillement et de pliage, ne forment pas une ligne droite mathématiquement exacte, de sorte qu'el- les sont irrégulières et ne touchent qu'en quelques endroits la tôle opposée. Il se manifeste donc le long d'une de ces arêtes, ou des deux, une résistance de contact non uniforme, de sorte qu'il se produit des différences considérables dans le passage du courant, et donc un soudage inégal le long d'une de ces arêtes, ou des deux.
Il s'ensuit que ce
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procédé connu ne permet pas de réaliser un joint de soudure solide et étanche.
Pour éliminer les inconvénients cités ci-dessus, et @ conformément au procédé suivant la présente invention, on plie les extrémités des tôles à angle droit sur une hauteur qui correspond à peu près à l'épaisseur des tôles; on pres- se ensuite les deux pliures l'une sur l'autre, de façon que leurs faces soient tournées l'une contre l'autre, en appli- quant une pression perpendiculaire à la pression des élec- trodes, après quoi, et tout en maintenant cette pression de serrage, on envoie, à l'aide des électrodes, à travers les extrémités des tôles, l'impulsion de courant requise pour ob- tenir la chaleur de soudage, les extrémités des tôles étant finalement réunies l'une à l'autre par soudage par pression, sous l'effet de la pression complémentaire des électrodes.
Il est avantageux de plier les extrémités des tôles à angle droit nettement marqué..
Le procédé suivant l'invention se distingue essentielle- ment du procédé connu, mentionné plus haut, à savoir ; Comme, dans le procédé suivant l'invention, les côtés ou fa- ces tournées les unes vers les autres, des pliures, sont pres- sées les unes sur les autres, il se produit, lors du passage de l'impulsion de courant à travers ce contact planaire, une diminution notable de la résistance, en particulier dans le cas de tôles d'acier étamées, vu que les extrémités pliées des tôles sont en contact entre elles, au niveau de la surfa.. ce de contact, par l'intermédiaire de l'étain. De ce fait, la densité du courant est notablement réduite, soit, se ré- partit uniformément sur cette surface de contact.
On obtient ainsi que la chaleur de soudage qui émane de cette surface de contact lors de l'opération de soudage n'agit pas sur les faces extérieures des tôles, de sorte que l'étain ne
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s'évaporejpas sur ces faces. Par conséquent, il ne se pro- duit ici ni une détérioration du joint soudé ni une modif- cation préjudiciable des électrodes de soudage par l'étain diffusé.
Etant donné que, dans le procédé de soudage suivant l'invention, on obtient une surface de contact déterminée par la hauteur de la pliure, on réalise dans toutes les sou- dures un passage uniforme du courant le long du joint soudé, de sorte que les différences en ce qui concerne le passage du courant sont très minimes. Alors que le procédé mentionné en premier lieu comporte deux joints soudés, on obtient, grâ- ce au procédé suivant l'invention, une jonction soudée très solide et étanche avec un seul joint de soudage. En outre, le procédé suivant l'invention ne comporte qu'un chevauche- ment extrêmement minime des deux extrémités des tôles.
Ceci offre, comparativement au procédé connu, non seulement l'avantage d'une économie de matière, mais aussi un avantage consistant en ce que le joint soudé ne forme qu'un léger ren- flement limité localement. Il s'ensuit que, dans le cas d'un fût de boîte établi par le procédé suivant l'invention, le fond et le couvercle peuvent être fixés ou sertis sans qu'il soit nécessaire d'adopter une disposition particulière (aucu- ne nécessité d'évider le joint de sertissage ni le joint sou- dé).
Les détails du procédé suivant l'invention seront expo- sés ci-après d'une manière plus détaillée, en se reportant aux dessins annexés, qui représentent des exemples de réali- sation.
Dans ces dessins :
La fig. 1 représente, d'une manière schématique, un dis- positif de pliage en coupe.
La fig. 2 est une vue schématique en coupe d'un dispo-
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sitif à souder par résistance.
La fig. 3 représente un dispositif de soudage par ré- @ sistance suivant la fig. 2, avec des détails de construc- tion, au début de l'opération de soudage.
La fig. 4 représente le même dispositif de soudage, à la fin de l'opération de soudage.
La fig. 5 représente une variante du mode de pliage des extrémités des tôles.
La fig. b est une vue en élévation latérale de l'élec- trode supérieure d'une soudeuse.
La fig. 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII-VII de la fig. 6, à une échelle plus grande.
La fig. 8 est une vue en élévation latérale de l'élec- trode supérieure d'une soudeuse pourvue de poinçons pres- seurs.
La fig. 9 représente une vue en élévntion correspondant à la fig. 8, sinsi que l'électrode inféricure.
La fig. 10 est une vue, à une échelle plus grande,,d'une soudeuse à électrodes, suivant une variaute, préalablement à l'opération de soudage.
La fig. 11 représente les mêmes éléments, mais après l'achèvement du soudage
La fig. 12 est unevue, à plus grande échelle, d'une variante du procédé relative à la fig. 2.
Dans la fig. 2, les chiffres de référence 1 et 2 dési- gnent deux extrémités d'une tôle ou de tôles, pourvues de pliures 3 et 4. La hauteur h de ces pliures correspond à peu près à l'épaisseur s de la tôle. Il est avantageux de plier les extrémités des tôles à une hauteur h, supérieure à l'épaisseur s des tôles, mais cependant inférieure au dou- ble de l'épaisseur de celle-ci. Comme le procédé suivant l'invention est principalement destiné et approprié au souda-
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ge de corps de boites constitués en fer-blane, les deux par- ties 1 et 2 forment dans ce cas les deux extrémités d'une bande de tôle façonnée en fût de boite cylindrique et dent les pliures 3 et 4 sont appelées à être soudées l'une à l'au- tre.
Comme, dans le procédé suivant l'invention, les côtés ou faces en regard, de ces pliures 3 et 4, doivent être pres- sées l'une contre l'autre en 5, il est avantageux de plier les extrémités 1 et 2 de la tôle sous un angle droit nette- ment prononcé, ainsi qu'on le voit dans les dessins. On utilise à cette fin le dispositif de pliage représenté dans la fig. 1 et constitué essentiellement par deux mâchoires de serrage 6 et 7 servant au serrage d'une extrémité 1 de la tôle et par un outil de pliage 8 qui se déplace dans un sens perpendiculaire aux surfaces 6a et 7a des mâchoi- res, c'est-à-dire, dans le sens de la flèche A. La surface de travail de cet outil de pliage est arrondie, afin d'évi- ter, lors de l'opération de pliage, une détérioration de la surface de la tôle ou de la couche d'étain.
A la mâchoire ? est fixé de façon remplaçable un rail de pliage 9, qui présente une arête de pliage vive 9a, cons- tituée par deux surfaces polies 9b et 9c formant un angle droit entre elles.
Ainsi qu'on le voit d'autre part dans les dessins, la mâchoire 6 présente une surface de glissement et de guidage 6b pour l'outil de pliage 8, le rail de pliage 9 étant en- castré dans l'autre mâchoire 7 d'une quantité égale à l'é- paisseur s de la tôle. Le bord de pliage 8b de l'outil de pliage est arrondi, afin d'éviter une détérioration de la surface de la tôle ou de l'étain. La surface de pliage 8a de l'outil de pliage forme avantageusement un angle obtus - avec la surface de glissement et de guidage 6b, de sorte que, lorsque l'outil de pliage se déplace dans le sens de la
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flèche A, cette surface de pliage 8a rencontre d'abord l'a- rête lb de la tôle, c'est-à-dire, au début de l'opération de pliage, l'outil 6 attaque la tôle avec le grand bras de levier X.
L'extrémité la. de la tôle, qui s'avance de cette distance X par rapport au rail de pliage 9, est ensuite pliée sous un angle net,de sorte que l'on obtient la pliure ou coudure 4, représentée en lignes de tirets.
Ainsi qu'on le voit dans la fig. 1, l'outil de pliage 8 est conformé de telle manière, qu'il sert d'autre part de butée à l'extrémité la. de la tôle. A cette fin on dispose avantageusement sur l'outil de pliage 8 un lardon de butée réglable à l'aide de vis 10, par exemple.
La soudeuse servant à la mise en oeuvre du procédé de soudage suivant l'invention est constituée essentiellement par deux électrodes de soudage 11 et 12 décalées l'une par rapport à l'autre et qui sont en contact avec les extrémités 1 et 2 de la tôle, raspectivement, sur uno grande largeur B et qui s'étendent chacune jusqu'à la pliure correspondante 3 ou 4, ainsi que par deux barres de contrepression 13 et 14 prévues au droit des surfaces de contact lla et 12a dos élec- trodes et montées à isolation, barres dont les surfaces 15 et 16 s'avancent par rapport aux surfaces de contact 11a et 12a, respectivement - avec lesquelles elles forment des an- gles droits - des électrodes voisines correspondantes.
D'une part, ces barres de contrepression 13, 14 peuvent se déplacer élastiquement sous l'effet de la pression V des électrodes; d'autre part, elles sont disposées de façon à pouvoir se déplacer l'une par rapport à l'autre dans le sens de la flèche H, dans le but de comprimer les deux pliures 3 et 4 de la tôle. Les extrémités 1 et 2 de la tôle intro- duites dans cette soudeuse occupent d'abord la position re- présentée dans la fig. 2.
Ensuite, les faces tournées l'une
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vers l'autre des deux pliures 3 et 4 sont pressées l'une , contre l'autre, en 5 , par la pression H, qui s'exerce per- pendiculairement à la pression V des électrodes, la pres- sion H étant telle que les deux pliures 3 et 4 forment, en 5, sur toute la longueur des pliures 3 et 4, une surfa- ce de contact qui garantit un passage de courant uniforme.
Après ce pressage dans le sens de la flèche H, les électro- des 11 et 12 sont pressées contre les extrémités 1 et 2 2e la tôle dans le sens de la flèche V, cependant que les bar- res 13 et 14 exercent une contre-pression appropriée. En- suite, et tout en maintenant la pression de serrage dans le sens de la flèche H, on envoie, au moyen des électrodes 11 et 12, à travers les extrémités 1 et 2 de la tôle, l'in- pulsion de courant nécessaire pour produire la chaleur de soudage requise.
Le passage du courant à travers les tôles est indiqué par les lignes de courant 17, ce courant se ma- nifestant à la surface de contact 5, où s'établit une den- sité de courant relativement peu élevée, étant donné que la résistance de contact est peu importante dans la surface 5 dans ce cas (en particulier dans les tôles étamées). Aucun passage de courant n'a lieu pratiquement aux arêtes de fer a et b des pliures 3 et 4 parce que, en raison de leur con- tact linéaire, ces arêtes opposent une résistance trop éle- vée comparativement à la surface de contact 5.
Il s'ensuit que, grâce à ce passage du courant, indiqué par les lignes de courant 17, la chaleur de soudage ne se manifeste pas aux arêtes a et b, mais plut8t à la surface de contact 5, de sorte que la chaleur de soudage n'agit pas sur les faces extérieures la. et 2a de la tôle, opposées aux arêtes a et b, ctest-à-dire qu'une évaporation de l'étain n'a pas lieu en ces endroits.
Après l'intervention de l'impulsion de courant et de
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la chaleur de soudage produite par celle-ci, les pliures 3, 4 sont comprimées sous l'effet de la pression V des éleo- trodes et, de cette façon, les extrémités de la tôle sont réunies l'une à l'autre par soudage par pression, de sorte que l'on obtient le joint soudé 18, que l'on voit dans la fig. 4. Ce joint soudé présente dans toute sa section trans- versale et longitudinale une structure très homogène. Il s'ensuit que le procédé,'de soudage suivant l'invention per- met de réaliser un joint soudé très solide et étanche.
. Le dispositif de soudage peut être établi avantageuse- ment suivant les figs. 3 et 4, Dans celles-ci, chaque bar- re de contre-pression 13, 14 est disposée dans un évidement 19 ou 20 de l'électrode voisine 12 ou 11. Chaque barre de contre-pression est rel:i.ée à l'électrode voisine au moyen d'un élément 21 ou 22 en matière isolante élastique (du ca- outchouc convenablement durci, par exemple).
Cet élégant élastique 21 @ 22 peut présenter avantageusement le profil et la disposition indiqués dansle dessin. Grâce à ces élé- ments 21 et 22, les barres 13 et 14 exercent une contre-pres- sion élastique lorsque les électrodes exercent la pression V, ces barres de contre-pression pouvant se déplacer alors légèrement dans le sens des flèches V. D'autre part, les éléments de liaison élastiques 21 et 22 permettent un rap- prochement relatif des barres de contre-pression 13 et 14 dans le sens des flèches H, sous l'effet de la pression.
La position finale des organes du dispositif de soudage dé- crits ci-dessus est représentée dans la fig. 4.
Lors de la mise en oeuvre du procédé de soudage suivant l'invention, les deux pliures peuvent d'abord être pressées l'une contre l'autre avec une pression de refoulement plus élevée Hst, afin de dresser les pliures 3 et 4 ou d'obtenir une juxtaposition planaire de ces deux pliures en 5. Cette
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pression de refoulement plus élevée se réduit ensuite,
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préalablement à l'application de 1' ipu..i a>z, '-.19 pres- sion de contact HK, notablement moins élevée, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas de tôles étamées, car l'on évite ainsi l'application d'intensités de courant trop élevées.
La pression de contact VK des électrodes. appliquée préalablement à l'envoi de l'impulsion, peut être accrue, après l'impulsion, jusqu'à la pression de serrage d'électrodes Vp,pour réaliser le soudage par pression.
Dans ce cas, la pression des électrodes et, éventuellement, la pression de refoulement, représente un multiple de la pression de contact H exercée sur les plidres 3 et 4.
On citera Ci-après un exemple de réalisation du souda- ge des extrémités pliées d'une tôle étamée, d'une épaisseur de 0,5 mm.
La longueur de contact par électrode est de 50 à 60 mm environ. La largeur de contact B des électrodes est de 5 à 6 mm environ. On emploie pour le soudage un courant al- ternatif d'une tension de 5 volts et d'une intensité de 20. 000 ampères par électrode, l'impulsion n'agissant (jus- qu'au maximum) que pendant 0,06 à 0,08 sec environ.
Les deux pliures 3, 4 sont pressées l'une contre l'au- tre avec une pression, de contact Hk de 4 kg environ par cm de longueur de joint. On peut appliquer d'abord une pression de refoulement Hst de 20 kg/cm environ. Préalablement à l'impulsion, on exerce une pression de contact d'électrodes verticales Vk de 12 kg/cm environ. Après l'impulsion, la pression d'électrodes est portée avantageusement à la valeur de la pression de serrage Vp de 16 kg/cm environ, afin de réaliser le soudage par pression.
Par suite, les deux pliu- res 3, 4 sont pressées l'une contre l'autre, ainsi qu'il ressort de la fig. 4, dans le sens des flèches V, cependant
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que, grâce à l'action des éléments élastiques 21, 22, les barres de contre-pression 13, 14 s'effacent, de sorte que la pression Hp, qui se manifeste lors du soudage par pres- sion, est inférieure à la pression de contact HK mentionnée plus haut.
Même dans le cas où les pliures 3 et 4 ne forment pas un angle droit net, mais présentent un certain arrondi r, ainsi qu'on le voit dans la fig. 5, l'effet recherché par le procédé suivant l'invention peut néanmoins être atteint.
Lorsqu'on presse les pliures 3 et 4 l'une sur l'autre dans le sens de la flèche H, les arêtes a et b glissent sur les arrondis r, jusqu'à ce que les faces 5a et 5b des pliures 3 r 4 s'appliquent l'une contre l'autre à contact planai- re.
Lorsque, malgré ce:La, l'interstice désigné par SP dans la fig. 5 subsiste encore, les arêtes a et b se ramollis- sent immédiatement par suite de réchauffement, lors du pas- sage de l'impolsion, de sorte que les fa@@@ 5a et 5b s'ap- pliquent l'une contre l'autre, sous l'effet de la pression H, suivant un plas, ainsi qu'on le voit dans la fig. 2, l'impulsion traversant ensuite la surface de contact 5 de la manière décrite ci-dessus et produisert la chaleur de soudage.
Dans le mode de réalisation tout particulièrement fa- vorable représenté dans les fige. 3 et 4, l'électrode infé- rieure 12 peut être fixe, tandis que l'électrode supérieur!) 11 peut être mobile tant dans le sens vertical que dans le sens horizontal. Dans ce cas, les forces horizontales H mentionnées plus haut peuvent être exercées au moyen d'un dispositif de pression mécanique agissant sur l'électrode 11 à des moments déterminés. -Ce dispositif de pression peut être constitué, par exemple, par un excentrique 24 monté sur un axe vertical 23.
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Dans la forme d'exécution de la soudeuse suivant les fige. 10 et 11, chaque électrode 11 ou 12 est fixés, dans la région du coude de la tôle, à une plaque d'aciar 25, avec interposition d'une couche isolante 26. La fixation de cet- te plaque d'acier 25, laquelle possède une rigidité mécani- que très élevée, peut être assurée avantageusement à l'aide d'un adhésif en matière synthétique (Araldite), qui consti- tue simultanément la couche isolante 26. Cette plaque c'e- cier 25 de faible épaisseur est avantageusement adjointe a chaque électrode, afin d'empêcher qu'une usure ne se produi- se, en raison de la pression élevée du soudage par pression, aux arêtes 27 des électrodes, lesquelles sont constitué- en cuivre spécial.
Les barres de contre-pression 14, 13, montées à coulissement, dans le sens V, par rapport aux électrodes 11 et 12, correspondent, quant à leur forme et leur disposition, à la réalisation représentée dans la fig.
9. D'après les fige. 8 et 9, l'électrode de soudage supé- rieure 11 forme une barre-électrode échangeable, disposée dans un évidement 28 d'un mandrin cylindrique 29 en cuivre, ce mandrin cylindrique servant à maintenir le corps de la boite, représenté par les lignes de chaînette 30, glissé sur ce mandrin. Ainsi qu'on le voit, des poinçons presseurs en cuivre 31, à mouvement vertical, sont prévus au-dessus des deux extrémités du mandrin 29, ces poinçons servant à amener le courant au mandrin 29, tout en pressant ce dernier, ensemble avec l'électrode supérieure 11, contre l'électrode inférieure 12 ou la barre de contre-pression 13, par suite de leur déplacement dans le sens V.
Les deux poinçons pres- seurs 31 présentent chacun à son extrémité inférieure, une fourche 31a dont les faces intérieures 32 forment des surfa- ces de contact avec les faces latérales correspondantes 33 d'un bec 34 du mandrin, les surfaces de contact 32,33 étant
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avantageusement argentées. Il est en outre avantageux de disposer dans chaque fourche de's poinçons presseurs 31 et sur chaque bec 34 du mandrin des bouts d'acier 35 et 36, respectivement, ce qui permet de transmettre au mandrin 29 une pression élevée lors du soudage par pression de la part des poinçons presseurs 31, sans donner lieu à une usure.
Ainsi qu'on le voit dans la fig. 9, de même que dans la fig. 7, les barres de contre-pression 13 et 14 sont gui- dées respectivement, dans le sens vertical, par des barres de retenue 37 et 38, de forme appropriée, des ressorts de pression 39 étant prévus dans le but de lester les barres de contre-pression 13 et 14 et de les maintenir dans leur position initiale suivant les fige. 9 et 10.
Dans la forme de réalisation particulière représentée dans les figs. 6 et 7, on prévoit, dans le mandrin cylindri- que 29, des barres de pression 42-44 mobiles dans la sens radial et soumises à la pression de ressorts 40, de sorte que ces barras agissent élastiquement sur le fût ou corps 30 de la botte. D'autre part, et ainsi qu'on le voit dans la fig. 6, les extrémité.: 41 des barres, qui, lors de la mise en 1-lace du fût 30 de la boite, par déplacement dans le sens H, entrent les premlères en contact avec ce fût, vont en s'amincissant à la manière de coins, ce qui a pour effet de faciliter la mise en place du fût de la botte.
Le fût que l'on fait glisser sur ces barres de pression 42-44 à action élastique subit une extension, de sorte que les ex- trémités 1 et 2 de la tôle sont tirées dans les directions H1, ce qui permet d'obtenir la pression de contact requise pour le passage du courant en 5 (voir fig. 2).
Dans le procédé exposé ci-dessus à propos de la fig. 2, les deux coudures 3 et 4 sont pressées l'une contre l'autre par leurs faces intérieures 5. Cependant, le procédé suivant
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l'invention peut aussi être réalisé conformément à la fig.
12, où les faces extérieures 5c des deux coudures ou pliu res 3, 4 sont pressées l'une contre l'autre. Après intro- duction des deux extrémités de la tôle dans la soudeuse, ou* verte à ce moment, et après fermeture de cette dernière, les faces extérieures 5c de ces deux coudures 3, 4 sont serrées l'une contre l'autre par les pressions horizontales R, après quoi on réalise une pression de contact, aux faces 11a et 12a, grâce à la pression verticale des électrodes, qui s'exerce dans le sens V. Lorsque, à ce moment, on ap- plique une impulsion de courant, le courant passe par les faces de contact 11a et 12a, traverse les épaisseurs de tôle et produit en 5c la chaleur de soudage requise.
Ensui- te, et grâce à l'augmentation de la pression V des électro- des, les coudures 3, 4, ramollies par la chaleur de soudage, sont comprimées, ce qui détermine la formation d'un joint de soudure qui correspond au joint de soudure représenté dans la fig. 4. La pression V, requise pour effectuer ce soudage par pression, est notablement plus élevée que la pression H agissant en 5c, ainsi qu'à la pression de contact requise, exercée par le serrage des électrodes en 11a et 12a.
Dans le cas de tôles étamées, les faces en bout, dési- gnées par la, et 1b, des coudures 3 et 4, demeurent non éta- mées, de sorte que, dans ce procédé de soudage par résistan- ce, où les faces extérieures des coudures 3 et 4 se touchent, le joint soudé établi présente une étroite bande non étamée.
Pour cette raison, le procédé suivant l'invention exposé à propos de la fig. 12 convient particulièrement pour tôles d'acier non étamées.